CN104370508A - 一种煤矿底板岩体注浆加固方法及注浆浆液 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿底板岩体注浆加固方法及注浆浆液，水泥浆与水玻璃的体积比为1:0.1-0.5，其中，水玻璃的浓度为十五波美度至二十五波美度；得到煤矿回采时的底板最大破坏深度以及注浆浆液的球状扩散半径，在底板岩体与开采断面的连接处开设一排钻孔，并采用双浆锚固的注浆方式注入水泥浆与水玻璃。根据煤矿底板的相关参数获取底板最大破坏深度以及注浆浆液的球状扩散半径，然后在煤矿底板的对应位置开凿多个钻孔，采用两管双浆锚固的注浆方式，在相邻的两注浆钻孔内分别注入水泥和水玻璃，使其两溶液在岩体中混合凝固，改善了底板岩体力学性能，增加了抗渗性能，有效防止了煤矿底板的底鼓情况。

Description

一种煤矿底板岩体注浆加固方法及注浆浆液

技术领域

本发明涉及防治矿井底板突水领域，尤其涉及一种煤矿底板岩体注浆加固方法及注浆浆液。

背景技术

随着煤矿水平的延伸和开采范围的扩大，在工作面埋深增大、底板承压水水压大、地质构造复杂的开采环境下，由于矿山压力和高承压水水压力作用，底板破坏深度增加，突水几率增大。为防治底板突水，现有技术中存在诸多可行理论、技术方案，但在基于注浆防治底板突水方面，存在如下不足：(1)不能有效的防治底鼓；(2)注浆扩散半径小，消耗浆液多；(3)价格高、堵漏补强效果差；(4)单管双液注浆易出现堵管、卡钻现象，影响注浆施工效率，甚至无法完成对煤矿底板的加固。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明提供的一种煤矿底板岩体注浆加固方法及注浆浆液，能有效的防治底板底鼓，增大扩散半径，增加注浆效果。

为解决上述技术问题，本发明方案包括：

一种用于煤矿底板加固的注浆浆液，其中，水泥浆与水玻璃的体积比为1:0.1-0.5，其中，水玻璃的浓度为十五波美度至二十五波美度。

所述的注浆浆液，其中，水泥浆与水玻璃的体积比为1:0.25，其中，水玻璃的浓度为十九波美度。

一种使用所述注浆浆液的煤矿底板岩体注浆加固方法，其包括以下步骤：

步骤一：先获取目标煤矿底板的地质参数，然后根据式(1)得到煤矿回采时的底板最大破坏深度；

其中，x_a为煤柱屈服区的长度，-底板岩体内摩擦角；

步骤二：根据式(2)得到煤矿底板加固过程中注浆浆液的球状扩散半径：

$r=\sqrt[3]{\frac{{\mathrm{khr}}_{0}t}{\mathrm{\βn}}}---\left(2\right)$

其中，k为土层的渗透系数；h为注浆压力；r₀为注浆管半径；t为注浆时间；β为浆液粘度对水的粘度比；n为土层的孔隙率；

步骤三：在底板岩体与开采断面的连接处开设一排钻孔，底板岩体中钻孔倾角与水平方向呈四十五度夹角斜向回采方向向下，底板岩体两帮与底板夹角处的钻孔方向与回采巷道走向、倾向断面呈四十五度夹角斜向下。

所述的煤矿底板岩体注浆加固方法，其中，每个钻孔最低端的垂直高度都要大于底板最大破坏深度八十厘米以上，相邻钻孔之间的距离等于注浆浆液的球状扩散半径。

所述的煤矿底板岩体注浆加固方法，其中，上述一排钻孔的每个钻孔中均布置有注浆锚杆，相邻的两个钻孔中，一个钻孔灌注水泥浆，另一个钻孔中灌注水玻璃，相邻钻孔之注浆浆液球状扩散半径的区域内，水泥浆与水玻璃混合凝固，加固底板岩体强度。

所述的煤矿底板岩体注浆加固方法，其中，上述地质参数为煤岩层结构、含水层分布及底板距煤层距离。

本发明提供的一种煤矿底板岩体注浆加固方法及注浆浆液，根据煤矿底板的相关参数获取底板最大破坏深度以及注浆浆液的球状扩散半径，然后在煤矿底板的对应位置开凿多个钻孔，采用两管双浆锚固的注浆方式，在相邻的两注浆钻孔内分别注入水泥和水玻璃，使其两溶液在岩体中混合凝固，改善了底板岩体力学性能，增加了抗渗性能，有效防止了煤矿底板的底鼓情况。

附图说明

图1是本发明中煤矿底板岩体注浆加固方法的流程示意图；

图2是本发明中开设钻孔的结构示意图；

图3是本发明中注浆浆液球状扩散半径以及相邻钻孔的结构式示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种煤矿底板岩体注浆加固方法及注浆浆液，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种用于煤矿底板加固的注浆浆液，其中，水泥浆与水玻璃的体积比为1:0.1-1.5，其中，水玻璃的浓度为十五波美度至二十五波美度。

水泥-水玻璃两种化学材料通过一定的配比结合而成的一种用途广泛，注入效果良好的注浆堵水材料。化学作用原理为：

3CaO·SiO₂+nH₂O＝2CaO·SiO₂(n-1)H₂O+Ca(OH)₂

Ca(OH)₂+Na₂O·mSiO₂+mH₂O＝CaO·mSiO₂·mH₂O+2NaOH

凝胶性硅酸钙(CaO·mSiO₂·mH₂O)具有一定强度的胶质体，随反应的连续进行，其强度不断增加,转成稳定的凝固状态。

更进一步的，水泥浆与水玻璃的体积比为1:0.25，其中，水玻璃的浓度为十九波美度。

如表1所示的，水泥-水玻璃不同配比参数下的凝胶实验，表1中水泥浆浓度为1：1固定。

表1

根据在中砂岩岩层中凝胶实验的数据结果，综合考虑得出此岩层最优配比方案：水玻璃浓度19Be’，水泥浆：水玻璃(体积比)为1：0.25。最后综合实践和试验得出其它岩层中浆液的最优配比方案，如表2所示的。

表2

岩层	水玻璃浓度/Be’	水灰比	水泥浆：水玻璃(体积比)
				细砂岩	20	1:1	1:0.75
含水粘土	26	1：1.1	1:1.5
				流砂	35	1:1.3	1:0.75

本发明还提供了一种使用所述注浆浆液的煤矿底板岩体注浆加固方法，如图1所示的，其包括以下步骤：

步骤一：先获取目标煤矿底板的地质参数，然后根据式(1)得到煤矿回采时的底板最大破坏深度；

其中，x_a为煤柱屈服区的长度，利用国内外学者得出的经验x_a＝0.015H，H为煤层埋藏深度，m-底板岩体内摩擦角；

步骤二：根据式(2)得到煤矿底板加固过程中注浆浆液的球状扩散半径：

$r=\sqrt[3]{\frac{{\mathrm{khr}}_{0}t}{\mathrm{\βn}}}---\left(2\right)$

其中，k为土层的渗透系数；h为注浆压力；r₀为注浆管半径；t为注浆时间；β为浆液粘度对水的粘度比；n为土层的孔隙率；

步骤三：如图2所示的，在底板岩体1与开采断面2的连接处开设一排钻孔3，底板岩体1中钻孔3倾角与水平方向呈四十五度夹角斜向回采方向向下，底板岩体1两帮与底板夹角处的钻孔3方向与回采巷道走向、倾向断面呈四十五度夹角斜向下。

在本发明的另一较佳实施例中，每个钻孔3最低端的垂直高度都要大于底板最大破坏深度h₁八十厘米以上，相邻钻孔之间的距离等于注浆浆液的球状扩散半径r。

更进一步的，上述一排钻孔的每个钻孔中均布置有注浆锚杆，相邻的两个钻孔中，一个钻孔灌注水泥浆，另一个钻孔中灌注水玻璃，相邻钻孔之注浆浆液球状扩散半径的区域内，水泥浆与水玻璃混合凝固，加固底板岩体强度。

并且上述地质参数为煤岩层结构、含水层分布及底板距煤层距离，可以采用基于地球物理勘探技术，包括井下地震法、电磁法、声波探测法以及其有效结合的方法，对采区煤矿的水文地质条件进行勘察，进而得到水文地质分布图。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (6)

1.一种用于煤矿底板加固的注浆浆液，其特征在于，水泥浆与水玻璃的体积比为1:0.1-0.5，其中，水玻璃的浓度为十五波美度至二十五波美度。

2.根据权利要求1所述的注浆浆液，其特征在于，水泥浆与水玻璃的体积比为1:0.25，其中，水玻璃的浓度为十九波美度。

3.一种使用如权利要求1所述注浆浆液的煤矿底板岩体注浆加固方法，其包括以下步骤：

步骤一：先获取目标煤矿底板的地质参数，然后根据式(1)得到煤矿回采时的底板最大破坏深度；

其中，x_a为煤柱屈服区的长度，-底板岩体内摩擦角；

步骤二：根据式(2)得到煤矿底板加固过程中注浆浆液的球状扩散半径：

$r=\sqrt[3]{\frac{\mathrm{kh}{r}_{0}t}{\mathrm{\βn}}}---\left(2\right)$

其中，k为土层的渗透系数；h为注浆压力；r₀为注浆管半径；t为注浆时间；β为浆液粘度对水的粘度比；n为土层的孔隙率；

步骤三：在底板岩体与开采断面的连接处开设一排钻孔，底板岩体中钻孔倾角与水平方向呈四十五度夹角斜向回采方向向下，底板岩体两帮与底板夹角处的钻孔方向与回采巷道走向、倾向断面呈四十五度夹角斜向下。

4.根据权利要求3所述的煤矿底板岩体注浆加固方法，其特征在于，每个钻孔最低端的垂直高度都要大于底板最大破坏深度八十厘米以上，相邻钻孔之间的距离等于注浆浆液的球状扩散半径。

5.根据权利要求3所述的煤矿底板岩体注浆加固方法，其特征在于，上述一排钻孔的每个钻孔中均布置有注浆锚杆，相邻的两个钻孔中，一个钻孔灌注水泥浆，另一个钻孔中灌注水玻璃，相邻钻孔之注浆浆液球状扩散半径的区域内，水泥浆与水玻璃混合凝固，加固底板岩体强度。

6.根据权利要求3所述的煤矿底板岩体注浆加固方法，其特征在于，上述地质参数为煤岩层结构、含水层分布及底板距煤层距离。